По мере того, как весь мир постепенно переходит от ископаемого топлива к безуглеродным альтернативам, активные магнитные подшипники находят новые варианты применения в передовых технологиях, связанных с энергетической революцией. Одной из областей развития в будущем, вероятно, станет производство и транспортировка водорода.

Хотя большая часть производимого сегодня водорода вырабатывается из ископаемого топлива, его также можно производить путем электролиза воды. Если энергию для этого процесса брать из возобновляемых источников, полученный экологически чистый водород станет безуглеродным источником энергии. У водорода есть потенциальные преимущества перед другими энергоносителями в самых разных вариантах применения. Благодаря своей относительно высокой удельной энергоемкости он может быть подходящим топливом для судов, летательных аппаратов и большегрузного автотранспорта.

Кроме того, сжигание водорода — это экологичный способ получения высоких температур в сталелитейном производстве и других промышленных и химических процессах. Водород — ключевой ингредиент различных видов жидкого синтетического топлива, которые могут стать низкоуглеродной заменой для других альтернатив на основе ископаемых энергоносителей.

И хотя для транспортировки и хранения газообразный водород должен быть сжижен, активные магнитные подшипники способны обеспечить здесь те же преимущества, что и при использовании углеводородов. Эффективные и надежные турбомашины являются критически важным элементом во многих предлагаемых моделях для экологически чистого производства водорода. Сюда относится использование огромных солнечных электростанций в пустынях, например на Ближнем Востоке и в Австралии, а также производств, расположенных недалеко от ветровых электростанций.

Еще больше возможностей для развития

Еще одно потенциальное направление применения магнитных подшипников — захват, использование и хранение углерода (CCUS). Эта группа технологий разработана для предотвращения выброса парниковых газов в атмосферу путем улавливания CO₂ в точке выброса и содержания его в подходящих для этой цели местах, например, в нефтяных и газовых скважинах, выработавших свой ресурс. Как и в случае с водородом, для многих технологий захвата, использования и хранения углерода очень важны большие и эффективные компрессоры.

Конструкция активных магнитных подшипников несколько напоминает электродвигатель.

«Синяя» технология производства водорода — еще одна весьма активно развивающаяся на данный момент сфера. Этот подход сочетает в себе традиционное производство водорода с CCUS, позволяя продолжать использование обычных ресурсов ископаемого топлива, но при этом компенсировать их воздействие на изменение климата в самом начале. «Синему» водородному сектору понадобится большой объем эффективных турбомашин, чтобы управлять потоком водорода и CO₂ на выходе.

Согласно прогнозам, переход от традиционных ископаемых видов топлива на низко- и безуглеродные альтернативы станет самым значительным изменением в глобальной энергетике за последние сто лет. Для такого перехода потребуются фундаментальные изменения со стороны энергетических компаний, потребителей и общества в целом. Кроме того, понадобится очень большой объем экологичных и эффективных механизмов вращения. Активные магнитные подшипники — это испытанное, надежное и долговечное решение для ряда ключевых технических задач, с которыми сталкиваются сегодня производители оборудования.

Подводные газовые компрессоры являются важнейшей, хотя и скрытой от глаз составляющей глобальной энергетической системы, позволяющей увеличить добычу газа из действующих подводных скважин. Эти мощные машины устанавливаются на морском дне на глубине сотен метров и качают природный газ по трубопроводам от морских скважин к станциям переработки на берегу. Они работают без перерыва 365 дней в году, и возможности их осмотра, обслуживания и ремонта весьма ограничены.

Во многих морских скважинах добыча прекращается из-за потери давления. Применение активных магнитных подшипников на платформах и в подводных установках позволяет сократить воздействие на окружающую среду в процессе как строительства, так и эксплуатации. Дополнительный газ позволит обеспечить более плавный переход к экологичной энергетике.

Оборудование, работающее в подобных экстремальных условиях, требует особых инженерных решений. А подшипники являются одним из ключевых элементов конструкции подводных компрессоров. Производителям нужны подшипники, работающие под большой нагрузкой и на высоких оборотах, способные служить десятилетиями без необходимости регулировки и смазки после установки.

Перспективный вариант

Многие крупнейшие мировые производители морского оборудования предпочитают активные магнитные подшипники SKF. По своей конструкции они несколько напоминают электродвигатель. В корпусе подшипника находится статор с несколькими медными обмотками. В процессе работы электрический ток проходит через обмотки, создавая магнитное поле. Это поле притягивает детали ротора, закрепленные на валу машины, не давая ему соприкасаться с корпусом.

Когда вал вращается, его точная позиция отслеживается с помощью запатентованной технологии контроля положения, и высокоскоростная система обработки непрерывно регулирует ток, проходящий через обмотки статора. В результате вал все время находится в подвешенном состоянии внутри подшипника с допуском от 0,15 до 0,5 миллиметров в зависимости от конкретного применения.

Благодаря отсутствию контакта между вращающимися и неподвижными деталями магнитные подшипники не подвержены механическому износу, поэтому система не требует смазки. Это отличный вариант для долгой эксплуатации без обслуживания. Активные магнитные подшипники SKF постоянно эксплуатируются на подводных морских установках с 2015 года. Стандартный расчетный срок службы подшипников — свыше 30 лет. Некоторые турбомашины, построенные в 1980-х годах, оборудованы магнитными подшипниками, которые служат до сих пор.

Охлаждение, чистота и долговечность

Помимо долгого срока службы активные магнитные подшипники имеют множество других преимуществ. Поскольку они не требуют смазки, нет риска загрязнения рабочих жидкостей или окружающей среды в результате утечки смазочных материалов. Кроме того, активные магнитные подшипники могут эксплуатироваться при очень низких или очень высоких температурах, им не требуются сложные системы подогрева или охлаждения для защиты смазки.

Они могут обеспечивать значительную экономию энергии. На турбоэкспандере мощностью 6 МВт у одного нефтехимического предприятия обычным подшипникам для систем обогрева, охлаждения и насосов смазки требовалось от 50 до 100 КВт. Когда производитель перешел на турбоэкспандеры с активными магнитными подшипниками SKF, энергозатраты последних оказались примерно в 10 раз меньшие по сравнению с гидростатическими подшипниками.

Активная система управления в магнитных подшипниках также может автоматически компенсировать эксплуатационные нагрузки или дисбаланс установки. Данные, собираемые контроллером подшипника, представляют собой практически встроенную систему мониторинга состояния, они дают оператору нужные сведения о вибрациях, которые можно использовать для диагностики неполадок и прогнозирования возможных ошибок.

Активные магнитные подшипники используются на сегодняшний день во многих сферах. Они идельно подойдут, если в приоритете чистая бесшумная работа и продолжительный срок службы. Типичные варианты применения относительно небольших подшипников — высокопроизводительные микромолекулярные вакуумные насосы на производстве полупроводников, теплообменники и прерыватели нейтронного потока.

Большие подшипники в энергетике

Для активных магнитных подшипников большого размера важнейшим рынком сбыта в последние 10 лет стал энергетический сектор. В значительной степени возросший спрос связан с развитием нефтегазового рынка, особенно с разработкой запасов газа в шельфовых месторождениях на большой глубине и на значительном расстоянии от берега.

Магнитные подшипники находят различное применение и на берегу. В последние годы энергетические рынки заметно изменились из-за выхода на них сжиженного природного газа (СПГ). Танкеры-газовозы образуют жизненно важный канал между производителями и потребителями на рынках, слишком удаленных для обслуживания по трубопроводу. Активные магнитные подшипники теперь широко используются для сокращения факельного сжигания газа, оптимизации транспортировки СПГ и для современных систем газификации, оборудованных высокоскоростными электродвигателями на магнитных подшипниках. Такие моторы SKF могут иметь скорость до 60 000 об/мин и мощность до 1 МВт. Кроме того, магнитные подшипники применяются в турбоэкспандерах, используемых для повышения энергоэффективности, а также обеспечения максимальной производительности в работе с углеводородами и в других газовых производствах, например, в производстве водорода, воздушных сепараторах и нефтехимическом производстве.